DE102009028979A1

DE102009028979A1 - Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009028979A1
Application number: DE102009028979A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Uhlmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-03
Also published as: US9133805B2; CN102483018B; WO2011023466A1; EP2470776B1; EP2470776A1; CN102483018A; US20120138019A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem in einem Haltekörper 1 angeordneten Aktormodul 2, wobei der Haltekörper 1 mit einem Düsenkörper 12 unter Zwischenschaltung zumindest eines als Drosselplatte 11 ausgebildeten Zwischenkörpers mittels einer Spannmutter 13 verspannt ist, wobei die Drosselplatte 11 von zumindest einem Hochdruckkanal 16, einem Zulaufkanal 18 mit einer Zulaufdrossel sowie einem Ablaufkanal 19 mit einer Ablaufdrossel durchdrungen ist und wobei zwischen dem Aktormodul 2 und der Drosselplatte 11 ein von dem Aktormodul 2 betätigtes Ventil, aufweisend zumindest einen Ventilbolzen 4 und eine Dichthülse 5, unter Bildung eines der Drosselplatte 11 zugewandten Leckageraums 21 angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor bereitgestellt, bei dem die Leckageabführung aus dem Leckageraum 21 ohne eine Beeinträchtigung der Dichtheit des Kraftstoffinjektors in den benachbarten Bereichen zu der Drosselplatte 11 gewährleistet ist. Dies wird dadurch erreicht, dass in die Drosselplatte 11 ein horizontaler Leckageablaufkanal 20 eingelassen ist, der sich von dem zylinderförmigen Außenumfang der Drosselplatte 11 bis zu einem Bereich unterhalb des Leckageraums 21 erstreckt und der mit dem Leckageraum 21 über einen Leckagekanal 22 hydraulisch verbunden ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem in einem Haltekörper angeordneten Aktormodul, wobei der Haltekörper mit einem Düsenkörper unter Zwischenschaltung zumindest eines als Drosselplatte ausgebildeten Zwischenkörpers mittels einer Spannmutter verspannt ist, wobei die Drosselplatte von zumindest einem Hochdruckkanal, einem Zulaufkanal mit einer Zulaufdrossel sowie einem Ablaufkanal mit einer Ablaufdrossel durchdrungen ist und wobei zwischen dem Aktormodul und der Drosselplatte ein von dem Aktormodul betätigtes Ventil, aufweisend zumindest einen Ventilbolzen und eine Dichthülse, unter Bildung eines der Drosselplatte zugewandten Leckageraum angeordnet ist.
Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2007 040 115 A1 bekannt. Dieser Kraftstoffinjektor weist den zuvor dargestellten Aufbau auf, wobei in dem Leckageraum die zwischen dem Zentrierbolzen und der Dichthülse generierte Permanentleckagemenge von Kraftstoff aufgenommen wird. Diese Permanentleckagemenge wird aus dem Leckageraum über eine Ablaufleitung in ein Niederdrucksystem beziehungsweise ein Rücklaufsystem abgeführt. Die Ablaufleitung ist bei diesem Kraftstoffinjektor in die Dichtfläche zwischen der Drosselplatte und dem das Aktormodul und das Ventil aufnehmenden Haltekörper in die Drosselplatte eingearbeitet.
Aus der EP 1 288 486 A2 ist ein weiterer Kraftstoffinjektor bekannt, bei dem der Zwischenkörper als ein Hochdruckkörper ausgebildet ist. In diesen Hochdruckkörper ist zumindest ein ringförmiger Leckagekanal eingearbeitet, der den Durchtritt des Hochdruckkanals durch den Hochdruckkörper umgibt. Dieser ringförmige Leckagekanal ist so angeordnet, dass unter Berücksichtigung der sich ergebenden Flächenpressungen eine zuverlässige Abdichtung der einander benachbarten Bauteile gegeben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftstoffinjektor bereitzustellen, bei denen die Leckageabführung aus dem Leckageraum ohne eine Beeinträchtigung der Dichtheit des Kraftstoffinjektors in den benachbarten Bereichen zu der Drosselplatte gewährleistet ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in die Drosselplatte ein horizontaler Leckageablaufkanal eingelassen ist, der sich von dem zylinderförmigen Außenumfang der Drosselplatte bis zu einem Bereich unterhalb des Leckageraums erstreckt und der mit dem Leckageraum über einen Leckagekanal hydraulich verbunden ist.
Vorteile der Erfindung
Durch die Einbringung des Leckageablaufkanals in die Drosselplatte ist die Dichtheit des Kraftstoffinjektors in den benachbarten Bereichen zu der Drosselplatte gegenüber bekannten Lösungen deutlich verbessert. Dabei ist in einer allgemeinsten Ausführung der Leckagekanal vorzugsweise vertikal direkt unter dem Leckageraum angeordnet und der abzuführende Kraftstoff wird von der Mündung des Leckageablaufkanals in den zylinderförmigen Außenumfang der Drosselplatte in geeigneter Weise abgeführt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in die Drosselplatte ein benachbart zu deren Außenumfang angeordneter Leckageabführkanal eingelassen, der mit dem Leckageablaufkanal hydraulich verbunden ist. Dieser Leckageabführkanal ist ebenfalls vertikal angeordnet und mündet in weiterer Ausgestaltung in einen Ringraum, der zwischen der Drosselplatte und einem das Ventil aufnehmenden Ventilkörper angeordnet ist. Dabei kann der Ringraum in die Drosselplatte und/oder den Ventilkörper eingelassen sein. Der Ventilkörper kann als weiterer separater Zwischenkörper ausgebildet sein oder Bestandteil des Haltekörpers sein. Von dem Ringraum wird der Leckagekraftstoff über eine Ablaufleitung in ein Niederdrucksystem beziehungsweise Rücklaufsystem abgeführt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Leckageablaufkanal eine Leckageablaufbohrung, die wiederum in weiterer Ausgestaltung einen Durchmesser von zumindest angenähert 1,2 mm aufweist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass in dem Stirnflächenbereich der Drosselplatte unterhalb und oberhalb des Ablaufkanals unter Umständen die Zielwerte der erforderlichen Flächenpressung, die beispielsweise das anderthalbfache des Drucks eines den Kraftstoffinjektor mit Kraftstoff versorgenden Rails betragen, nicht erreicht werden. Eine Druckunterwanderung der Dichtfläche in diesen gegenüberliegenden Bereichen muss aber beim Injektorbetrieb ausgeschlossen werden. Durch die Ausgestaltung als Leckageablaufbohrung mit dem angegebenen geringen Durchmesser ist aber die Flächenpressung nicht oder nur geringfügig negativ beeinflusst. Die Flächenpressung wird im Übrigen durch die mit dem Haltekörper verschraubte Spannmutter auf die zwischenliegenden Bauteile aufgebracht. Grundsätzlich wäre es denkbar, die Bohrung auch mit einem noch kleineren Durchmesser zu fertigen. Dies ist aber wegen der Entgratprozesse des Leckagekanals und des Leckageabführkanals nicht sinnvoll, da dann die sichere Beseitigung der entgrateten Metallteile nicht gewährleistet wäre.
In Weiterbildung der Erfindung ist in den Leckageablaufkanal oder die Leckageablaufbohrung eine sich zwischen dem Leckagekanal und dem Leckageabführkanal erstreckende Hülse eingesetzt. Durch diese Hülse wird der sich möglicherweise in der Drosselplatte ergebende lokale Steifigkeitsverlust kompensiert und die Werte für die lokalen Flächenpressungen an den entsprechenden Stirnflächen werden weiter erhöht. Die Erstreckung der Hülse zwischen dem Leckagekanal und dem Leckageabführkanal garantiert, dass radial der gesamte abzudichtende Bereich eine ausreichend hohe Flächenpressung aufweist. Die Hülse kann aus dem gleichen Eisenwerkstoff wie die Drosselplatte hergestellt sein, es ist aber auch möglich die Hülse aus einem hochwertigeren, insbesondere festeren Eisenwerkstoff herzustellen. Die Hülse wird nach den Entgratvorgängen des Leckagekanals und des Leckageabführkanals in den Leckageablaufkanal eingepresst.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Hülse einen Innendurchmesser von 0,6 mm auf. Dieser Durchmesser ist ausreichend, damit es zu keiner Drosselung der durchgeführten Leckmenge kommt.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Leckageablaufkanal beziehungsweise die Leckageablaufbohrung auf der der Hochdruckkanal gegenüberliegenden Seite der Drosselplatte angeordnet. Diese Seite bietet sich an, da in diesem Bereich die Drosselplatte frei von weiteren Durchbrüchen ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen steuerventilseitigen Abschnitt eines Kraftstoffinjektors für ein Common-Rail-System einer Dieseleinspritzung im Schnitt,
2 eine perspektivische Ansicht der Drosselplatte,
3 eine Seitenansicht der Drosselplatte mit allen Kanalen in der Drosselplatte und einer Ablaufbohrung ohne eingesetzte Hülse und
4 eine Seitenansicht der Drosselplatte mit allen Kanälen in der Drosselplatte und mit einer in die Ablaufbohrung eingesetzten Hülse.
Ausführungesformen der Erfindung
1 zeigt einen steuerventilseitigen Abschnitt eines Kraftstoffinjektors für ein Common-Rail-System einer Dieseleinspritzung. In einem Haltekörper 1 ist ein elektrisch betätigtes Aktormodul 2 eingesetzt, das von einem elektronischen Motorsteuergerät entsprechend den Bedieneranforderungen betätigt wird. Das Aktormodul 2 ist bevorzugt ein Piezo-Aktor, der sich in der Darstellung in einem nicht geschalteten Zustand befindet.
Mit einer Betätigungsnase 3 wirkt das Aktormodul 2 mit einem Ventilbolzen 4 zusammen, der in einer Dichthülse 5 gegen die Kraft einer Ventilfeder 6 längsbewegbar angeordnet ist. Der Ventilbolzen 4 weist eine Dichtfläche 7 auf, die im geschlossenen Zustand des Ventils mit einer in einer Ventilplatte 9 eingearbeiteten Sitzfläche 8 dichtend zusammenwirkt. In der Ventilplatte 9 ist unterhalb der Sitzfläche 8 ein Ventilraum 10 gebildet, der die in der Ventilplatte 9 fest eingesetzte Dichthülse 5 teilweise umgebend bis zu einem drosselplattenseitigen Ende der Ventilplatte 9 reicht.
In dem geschalteten Zustand des Aktormoduls 2 bewegt die Betätigungsnase 3 den Ventilbolzen 4 in Richtung zu der an die Ventilplatte 9 angrenzenden Drosselplatte 11 und hebt die Dichtfläche 7 des Ventilbolzens 4 von der Sitzfläche 8 der Ventilplatte 9 ab, so dass eine Strömungsverbindung zwischen dem Ventilraum 10 und einem in dem Haltekörper 1 gebildeten Niederdruckraum, der Teil eines Rücklaufsystems für Kraftstoff ist, gebildet ist.
An die Drosselplatte 11 schließt ein Düsenkörper 12 an, der mittels einer Spannmutter 13 unter Einschluss der Drosselplatte 11 und der Ventilplatte 9 mit dem Haltekörper 1 fest verspannt ist. In dem Düsenkörper 12 ist eine nicht näher dargestellte Düsennadel axial verschiebbar geführt, wobei von der Düsennadel lediglich ein Endbereich eines Düsennadelkolbens 14 sichtbar ist. Der Düsennadelkolben 14 begrenzt einem Steuerraum 17, der auf der dem Düsennadelkolben 14 gegenüberliegenden Seite von der Drosselplatte 11 begrenzt wird. In diesen Steuerraum 17 mündet ein Zulaufkanal 18 (2) mit einer darin angeordneten Zulaufdrossel sowie ein Ablaufkanal 19 (2) mit einer darin angeordneten Ablaufdrossel. Der Zulaufkanal 18 ist mit einer Hochdruckleitung 15, über die Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, durch einen Hochdruckkanal 16 in der Drosselplatte 11 einem nachfolgend noch erläuterten Düsennadeldruckraum zugeführt wird. Der Ablaufkanal 19 verbindet den Steuerraum 17 mit dem Ventilraum 10, so dass im Ruhezustand im Ventilraum 10, im Steuerraum 17 und im Düsennadeldruckraum der in der Hochdruckleitung 15 herrschende Kraftstoffdruck herrscht, beispielsweise 2000 bar.
Um Kraftstoff in den einem Kraftstoffinjektor zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen, muss die Düsennadel von einer geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung verstellt werden. Dann gelangt der Kraftstoff von dem Düsennadeldruckraum über Einspritzkanäle in dem Düsenkörper in den Brennraum. Zum Öffnen der Düsennadel muss der Düsennadelkolben 14 in Richtung auf die Drosselplatte 11 bewegt werden.
Um diese Bewegung zu bewirken, wird das Aktormodul 2 geschaltet. Die Dichtfläche 7 des Ventilbolzens 4 wird von der Sitzfläche 8 abgehoben und der in dem Ventilraum 10 befindliche Kraftstoff kann in den Niederdruckraum abströmen, so dass der in dem Ventilraum 10 herrschende Kraftstoffdruck verringert wird. Durch den Ablaufkanal 19 strömt auch Kraftstoff aus dem Steuerraum 17 ab, so dass auch in dem Steuerraum 17 eine Druckreduzierung bewirkt wird, die die Bewegung des Düsennadelkolbens 14 in Richtung auf die Drosselplatte 11 auslöst.
Wird das Aktormodul 2 wieder stromlos geschaltet, wird die Dichtfläche 7 wieder auf die Sitzfläche 8 bewegt und über den durch den Zulaufkanal 18 nachströmenden Kraftstoff wird der Kraftstoffdruck in dem Steuerraum 17 und auch dem Ventilraum 10 wieder auf einen solchen Druck erhöht, der ausreicht, den Düsennadelkolben 14 und damit die Düsennadel in die geschlossene Position zu verstellen.
Um die zwischen dem Ventilbolzen 4 und der Dichthülse 5 in einen Leckageraum 21 unterhalb des Ventilbolzens 4 generierte Permanentleckagemenge von Kraftstoff abzuführen, ist ein horizontaler Leckageablaufkanal 20 in die Drosselplatte 11 eingearbeitet, der mit dem Leckageraum 21 über einen vertikalen Leckagekanal 22 verbunden ist. Von dem Leckageablaufkanal 20 wird der Leckagekraftstoff über einen Leckageabführkanal 23 in einen Ringraum 24a, der in die Ventilplatte 9 eingearbeitet ist und der mit dem Niederdrucksystem verbunden ist, abgeführt. In die Drosselplatte 11 ist gegenüberliegend zu dem Ringraum 24a ein weiterer Ringraum 24b eingearbeitet.
2 zeigt in perspektivischer Darstellung die Drosselplatte 11 mit dem Leckageablaufkanal 20 mit den einmündenden Leckagekanal 22 und Leckageabführkanal 23. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Hochdruckkanal 16 angeordnet, während in etwa rechtwinklig zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem Leckagablaufkanal 20 und dem Hochdruckkanal 16 zwei Stiftbohrungen 26a, 26b außermittig zu der Mitte der Drossselplatte 11 angeordnet sind. In diese Stiftbohrungen 26a, 26b werden Fixierstifte eingesetzt, die in entsprechende Bohrungen in dem Düsenkörper 12 und durchdringend die Ventilplatte 9 in dem Haltekörper 1 eingreifen. Dadurch ist eine lagesichere und verdrehsichere Montage des Kraftstoffinjektors gewährleistet. Neben dem Zulaufkanal 18 und dem Ablaufkanal 19 ist noch ein Füllkanal 27 mit einer Fülldrossel in die Drosselplatte 11 eingearbeitet. Alle diese Kanäle sind als Bohrungen ausgebildet, wobei die jeweils zugehörigen Drosseln als separate Bauteile in die Bohrungen eingesetzt sein können oder aber durch entsprechende Bohrtechniken zusammen mit den Bohrungen gefertigt werden können. Die schraffierten Flächen unterhalb und oberhalb des Leckageablaufkanals 20 stellen die Bereiche dar, in denen durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Leckageablaufkanals 20 die Flächenpressung an der Drosselplattenunterseite und der Drosselplattenoberseite die vorgegebenen Zielwerte erreicht.
3 zeigt in eine Seitenansicht der Drosselplatte 11 mit allem Kanälen/oder Bohrungen in der Drosselplatte 11. Der Leckageablaufkanal 20 ist in dieser Figur hülsenlos ausgebildet, während in der entsprechenden 4 in den Leckageablaufkanal 1 eine Hülse 25 eingesetzt ist. Die Hülse 25 weist einen Innendurchmesser von etwa 0,6 mm auf und erstreckt sich zwichen dem Leckagekanal 22 und dem Leckageabführkanal 23.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007040115 A1 [0002]
EP 1288486 A2 [0003]

Claims

Kraftstoffinjektor mit einem in einem Haltekörper (1) angeordneten Aktormodul (2), wobei der Haltekörper (1) mit einem Düsenkörper (12) unter Zwischenschaltung zumindest eines als Drosselplatte (11) ausgebildeten Zwischenkörpers verspannt ist, wobei die Drosselplatte (11) von zumindest einem Hochdruckkanal (16) sowie einem Ablaufkanal (19) mit einer Ablaufdrossel durchdrungen ist und wobei zwischen dem Aktormodul (2) und der Drosselplatte (11) ein von dem Aktormodul (2) betätigtes Ventil, aufweisend zumindest einen Ventilbolzen (4) und eine Dichthülse (5), unter Bildung eines der Drosselplatte (11) zugewandten Leckageraums (21) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Drosselplatte (11) ein horizontaler Leckageablaufkanal (20) eingelassen ist, der sich von dem zylinderförmigen Außenumfang der Drosselplatte (11) bis zu einem Bereich unterhalb des Lekageraums (21) erstreckt und der mit dem Lekageraum (21) über einen Leckagekanal (22) hydraulich verbunden ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Drosselplatte (11) ein benachbart zu deren Außenumfang angeordneter Leckageabführkanal (23) eingelassen ist, der mit dem Leckageablaufkanal (20) hydraulich verbunden ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckageabführkanal (23) in einen mit einer Leckageabführung verschalteten Ringraum (24) einmündet.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckageablaufkanal (20) eine Ablaufbohrung ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckageablaufkanal (20) einen Durchmesser von etwa 1,2 mm aufweist.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Leckageablaufkanal (20) eine sich zwischen den Leckagekanal (22) und dem Leckageabführkanal (23) erstreckende Hülse (25) eingesetzt ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (25) einen Innendurchmesser von etwa 0,6 mm aufweist.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckageablaufkanal (20) auf der dem Hochdruckkanal (16) gegenüberliegenden Seite der Drosselplatte (11) angeordnet ist.